Nobelprijs voor Britse en Japanse stamcelwetenschappers

Voor hun prestaties in stamcelonderzoek hebben John B. Gurdon en Shinya Yamanaka gezamenlijk de Nobelprijs voor de fysiologie of geneeskunde 2012, de vandaag aangekondigde Nobelprijs voor de Karolinska Institutet, Zweden, toegekend. De Assemblee voegde eraan toe dat de prijs voor hun werk was om te ontdekken dat volwassen cellen opnieuw geprogrammeerd kunnen worden om pluripotente stamcellen te worden.
De Nobelprijs vergadering beschreef hun bevindingen als een revolutie in ons begrip van hoe organismen en cellen zich ontwikkelen. Gurdon en Yamanaka ontdekten dat volwassen, gespecialiseerde cellen opnieuw kunnen worden geprogrammeerd, zodat ze terugkeren naar onrijpe cellen die het potentieel hebben zich te ontwikkelen tot alle weefsels van het lichaam.
De specialisatie van cellen is omkeerbaar - in 1962 ontdekte John Gurdon dat de specialisatie van een cel kan worden omgekeerd. In een beroemd experiment haalde hij de kern van een eicel van een kikker en verving deze door de kern van een volwassen darmcel. Het ei met de darmcelkern ontwikkelde zich uiteindelijk tot een gezond kikkervisje. Het DNA van de volwassen cellen droeg nog steeds alle gegevens die nodig waren om zich tot alle cellen in de kikker te ontwikkelen.
Herprogrammering van intacte rijpe cellen in onvolgroeide stamcellen - in 2006 ontdekte Yamanaka hoe een intacte rijpe cel in een muis opnieuw geprogrammeerd kon worden zodat het in een onrijpe stamcel veranderde. Met de introductie van slechts een paar genen slaagde hij erin rijpe cellen te herprogrammeren zodat ze pluripotente stamcellen werden. Pluripotente stamcellen kunnen zich ontwikkelen tot elk type cel in het lichaam.

Hun werk onthulde dat volwassen cellen niet voor altijd gespecialiseerd hoeven te blijven

Hun ontdekkingen, beschreven door de Assemblee als 'baanbrekend', hebben de manier waarop we cellulaire ontwikkeling en specialisatie zien volledig getransformeerd. Nu weten we dat een volwassen cel niet noodzakelijkerwijs hoeft te blijven als een gespecialiseerde cel. Hun ontdekkingen betekenden dat schoolboeken moesten worden herschreven en dat nieuwe onderzoeksgebieden moesten worden opgezet.
In een communiqué schreef Nobelprize.org:

"Door menselijke cellen te herprogrammeren, hebben wetenschappers nieuwe mogelijkheden gecreëerd om ziekten te bestuderen en methoden voor diagnose en therapie te ontwikkelen.

Het leven is een reis naar steeds verdergaande specialisatie

We ontwikkelen allemaal van bevruchte eicellen. Gedurende de eerste paar dagen, nadat het sperma het ei bevrucht, bestaat het embryo uit een verzameling onrijpe cellen. Elke onrijpe cel heeft de capaciteit om in elk type cel in de volwassen mens te veranderen. Cellen met dat potentieel zijn bekend pluripotente stamcellen.
Naarmate het embryo zich ontwikkelt, ontwikkelen deze cellen zich tot levercellen, spiercellen, zenuwcellen - in alle celtypes die nodig zijn om een ??ontwikkeld organisme te vormen. Elke cel is gespecialiseerd om precieze functies uit te voeren in het lichaam van een volwassene.
Wetenschappers hadden gedacht dat de reis van onvolwassen naar gespecialiseerde cellen eenrichtingsverkeer was; dat er geen weg terug was, dat het niet mogelijk zou zijn voor hen om terug te keren naar een onvolwassen, pluripotente staat.
John B. Gurdon vroeg zich af hoe goed deze theorie was, en besloot het uit te dagen. Hij stelde de hypothese dat het genoom van een gespecialiseerde cel mogelijk nog steeds alle gegevens bevat die nodig zijn om de ontwikkeling ervan in elk type cel te stimuleren. Hij testte zijn hypothese in 1962. Hij verving een eikercirkel van een kikker door de volwassen, gespecialiseerde cel uit de darm van een kikkervisje.
De eicel van de kikker met de kern van de darm van een kikkervisje ontwikkelde zich tot een gezond, gekloond kikkervisje. Hij herhaalde het experiment verschillende keren en slaagde erin veel volwassen kikkers op te leveren.
Gurdon had aangetoond dat een volwassen, gespecialiseerde cel niet het vermogen had verloren om opnieuw een pluripotente stamcel te worden.
Toen Gurdon zijn bevindingen voor het eerst aan de wetenschappelijke gemeenschap presenteerde, werd het met scepsis ontvangen. Toen andere wetenschappers echter bevestigden wat hij had beschreven door het experiment te herhalen, werd zijn belangrijke ontdekking algemeen geaccepteerd.
Gurdon's doorbraak veroorzaakte intens onderzoek en de techniek ontwikkelde zich verder totdat andere dieren werden gekloond.
Gurdon leerde ons dat een volwassen, gespecialiseerde celkern kan worden teruggebracht naar een onrijpe pluripotente staat. Hij moest echter de kern van de cel verwijderen met een pipet en deze in een andere cel plaatsen. Hoe zit het met het omzetten van een volwassen cel in een pluripotente stamcel zonder dat te doen - het terugbrengen van een intacte rijpe cel in een pluripotente stamcel?

Een tweerichtingsverkeer - een intacte rijpe cel terugbrengen in een stamcelstaat

Veertig jaar later beantwoordde Shinya Yamanaka deze vraag in een wetenschappelijke doorbraak. Hij experimenteerde met embryonale stamcellen - dit zijn pluripotente stamcellen die zijn geïsoleerd uit het embryo en gekweekt in het laboratorium. Martin Evans (Nobelprijs 2007) isoleerde aanvankelijk dergelijke stamcellen van muizen.
Yamanaka ging op zoek naar welke genen ze in een onvolgroeide staat hielden. Hij slaagde erin verschillende van deze genen te identificeren en vervolgens getest om te zien of een van hen gespecialiseerde volwassen cellen kon herprogrammeren zodat ze in pluripotente stamcellen konden veranderen.
Yamanaka en collega's introduceerden de genen die hij had geïdentificeerd in verschillende combinaties in volwassen cellen van bindweefsel (fibroblasten) en observeerden deze onder de microscoop. Uiteindelijk raakten ze een combinatie die werkte. Ze waren verrast hoe eenvoudig het juiste 'recept' was. Ze introduceerden samen vier genen en slaagden erin om hun fibroblasten te herprogrammeren tot onvolwassen, pluripotente stamcellen.
Deze pluripotente stamcellen staan ??bekend als iPs-cellen (geïnduceerde pluripotente stamcellen). De resulterende iPS-cellen van Yamanaka kunnen zich ontwikkelen tot darmcellen, fibroblasten en zenuwcellen. Een fibroblast is een soort cel die wordt aangetroffen in bindweefsel dat collageen en andere eiwitten produceert die tussen cellen worden gevonden.
Nobelprize.org schreef:

"De ontdekking dat intacte, rijpe cellen opnieuw geprogrammeerd konden worden in pluripotente stamcellen werd in 2006 gepubliceerd en werd onmiddellijk als een belangrijke doorbraak beschouwd."

Hun ontdekkingen hebben geleid tot opmerkelijke vooruitgang op veel gebieden van de geneeskunde

De ontdekkingen van Gurdon en Yamanaka hebben aangetoond dat volwassen, gespecialiseerde cellen kunnen worden omgekeerd; de ontwikkelingsklok kan onder bepaalde omstandigheden worden teruggedraaid. Hoewel het genoom van een cel licht verandert naarmate het zich ontwikkelt, zijn deze modificaties omkeerbaar. Dankzij Gurdon en Yamanaka, "kregen we een nieuw beeld van de ontwikkeling van cellen en organismen."

Vandaag kunnen we huidcellen van patiënten met bepaalde ziekten verkrijgen, deze opnieuw programmeren en observeren in het laboratorium om te zien hoe verschillend ze zijn van de cellen die zijn verkregen van gezonde mensen. Door deze cellen te bestuderen krijgen onderzoekers veel inzicht in de mechanismen van ziekten, die uiteindelijk kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe behandelingen.

Sir John B. Gurdon

^{Foto: Creative Commons Attr. 2.0 Algemene licentie}

• Sir John B. Gurdon, een ontwikkelingsbioloog.
• Geboren in 1933 in Dippenhall, Surrey, Engeland.
• Had zijn middelbare school aan het Eton College in Engeland.
• Studeerde klassiekers aan Christ Church, Oxford. Hij stapte over naar de zoölogie. Hij studeerde nucleaire transplantatie in de kikker Xenpus met Michael Fischberg in Oxford.
• Werd een postdoc bij Caltech (California Institute of Technology).
• Werkte aan het departement Dierkunde van de Universiteit van Oxford
• Werd hoogleraar Celbiologie en Master of Magdalene College aan de Universiteit van Cambridge.
• In 1989 werd hij een stichtend lid van het Wellcome / CRC Institute for Cell Biology and Cancer (dat later Wellcome / CR UK werd) in Cambridge - hij was voorzitter tot 2001.
• Werd lid van de Nuffield Council on Bioethics, en Master of Magdalene College Cambridge.

Gurdon werd een Fellow van de Royal Society in 1971. Hij werd geridderd (werd een "Sir") in 1995. The Wellcome Trust / Cancer Research UK Instituut voor celbiologie en kanker werd omgedoopt tot het Gurdon Institute.
Hij heeft verschillende onderscheidingen, medailles en eredoctoraten ontvangen. In 2009 ontving hij de Albert Lasker Basic Medical Research Award.
"Je wordt nooit een bioloog", zei zijn leraar
Gurdon noemde ooit een schoolrapport toen hij 15 jaar oud was, waarin zijn leraar zei dat het een totale verspilling van tijd zou zijn voor hem om een ??carrière in de biologie na te streven. "Dit hele idee moet onmiddellijk worden ontmoedigd", schreef de leraar.
Gurdon zegt dat hij de rapporten boven zijn bureau houdt voor zijn eigen vermaak. Blijkbaar zag zijn moeder liefde voor de biologie en moedigde hem aan. In een interview enkele jaren geleden zei Gurdon dat hij als kind duizenden rupsen groeide om motten te maken, iets dat zijn leraar het meest irritant vond.
Zijn leraar schreef ook in zijn schoolrapport:

"Ik geloof dat Gurdon ideeën heeft om een ??wetenschapper te worden, dit is bij zijn huidige optreden nogal belachelijk: als hij geen eenvoudige biologische feiten kan leren, zou hij niet de kans krijgen om het werk van een specialist te doen, en het zou een pure verspilling van tijd, zowel van zijn kant als van degenen die hem zouden moeten leren. '

Gurdon zei: "Maar ik had een fascinatie voor deze dingen, en ik denk dat het in het bijzonder zij was die mij in staat stelde over te schakelen van mijn opleiding, die volledig niet wetenschappelijk was, in een wetenschappelijke richting."
Toen hij klaar was met school, adviseerde zijn vader hem om carrière te maken in het bankwezen of in het leger. Zijn arts, die een lichte verkoudheid had vastgesteld als bronchitis, maakte een einde aan zijn kansen om lid te worden van het leger. Gurdon zei later, toen hem werd gevraagd over het niet kunnen toetreden tot het leger, "Godzijdank!"
Belangrijke publicatie
Gurdon, J.B. (1962).
"De ontwikkelingscapaciteit van kernen uit intestinale epitheelcellen van voederende kikkervisjes"
Journal of Embryology and Experimental Morphology 10:622-640.

Shinya Yamanaka

^{Foto: Creative Commons Attr. 2.0 Algemene licentie}

• Shinya Yamanaka, een Japanse arts en volwassen stamcelonderzoeker.
• Geboren in 1962 in Higashiosaka, Japan.
• Studeerde geneeskunde en werd gekwalificeerd als een arts aan de Koke University.
• Verkregen zijn Ph.D. aan de Osaka City University Graduate School.
• Heeft zijn residentie in orthopedische chirurgie in het National Osaka Hospital.
• Kreeg een postdoctorale Fellowship aan het Gladstone Institute of Cardiovascular Disease, San Francisco.
• Momenteel is directeur en hoogleraar verbonden aan het Center for iPS Cell Research and Application in Kyoto University. Hij is ook verbonden aan het Gladstone Institute

Awards

• Osaka Science Prijs 2007, Inoue-prijs voor de wetenschap, Asahi-prijs, Meyenburg Cancer Research Award
• 2008 Yamazaki-Teiichi-prijs in Biological Science & Technology, Robert Koch-prijs, medailles van eer (Japan) (medaille met paars lint), Shaw-prijs in Life Science & Medicine, Sankyo Takamine Memorial Award
• 2009 Lewis S. Rosenstiel Award voor Distinguished Work in fundamenteel medisch onderzoek, Gairdner Foundation International Award, Albert Lasker Award voor fundamenteel medisch onderzoek, March of Dimes Prize in ontwikkelingsbiologie
• Kyoto Prijs 2010 in Biotechnologie en medische technologie, Balzan Prijs in de biologie, Persoon van Culturele Verdienste, BBVA Stichting Grenzen van Kennisprijs in de Biomedicine Categorie, Albany Medisch Centrum Prijs in de biogeneeskunde
• Wolfsprijs 2011 in geneeskunde, King Faisal International Prize, McEwen Award for Innovation, Millennium Technology Prize, Fellow van de National Academy of Sciences, Nobelprijs voor de fysiologie of geneeskunde

Belangrijke publicatie
Takahashi, K., Yamanaka, S. (2006).
"Inductie van pluripotente stamcellen van embryonale en volwassen fibroblastculturen van muizen door gedefinieerde factoren"
Cel 126:663-676.
Geschreven door Christian Nordqvist
Oorspronkelijke artikeldatum: 8 oktober 2012. Artikel bijgewerkt: 10 oktober 2012.